【文章內(nèi)容簡介】 可使合金抗拉強(qiáng)度有較大提高,并認(rèn)為Y可在合金中起變質(zhì)作用,改善合金的金相組織,同時在擠壓工藝條件下,能在合金內(nèi)產(chǎn)生大量彌散細(xì)小的Y2Zn和Mg2Y相,彌散強(qiáng)化合金,同時產(chǎn)生亞晶組織。（4） 稀土對鎂合金耐蝕性的作用近年來,段漢橋等在AZ91中加入稀土元素后,發(fā)現(xiàn)其在NaCl溶液中耐蝕性顯著提高,并分析其作用機(jī)理,認(rèn)為稀土元素改變了合金腐蝕層結(jié)構(gòu),強(qiáng)化陰極相控制,以及改變其結(jié)晶晶格的參數(shù),從而使合金具有優(yōu)良的高溫抗氧化性能[18]。還有研究表明,在鎂合金采用熔劑精煉過程中常常引入氯化物,氯化物會污染鎂合金液,破壞合金表面的保護(hù)膜,形成微電池效應(yīng)并造成坑蝕,增大合金表面的腐蝕速率,同時加劇吸氣。因此鎂合金液中降低Cl元素將其限制在一定范圍內(nèi)有助于減慢鎂合金的腐蝕。清華大學(xué)鄭偉超等人針對AZ91合金試驗后,%的混合稀土可降低AZ91D合金Cl元素含量至106級,添加稀土能將Cl元素限制在較低水平,從而提高鎂合金的抗腐蝕作用[19]。 稀土鎂合金的開發(fā)應(yīng)用及前景稀土鎂合金的應(yīng)用性能優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在高溫和高強(qiáng)度方面。在我國,高性能的稀土鎂合金以前主要應(yīng)用于航空航天、導(dǎo)彈等軍工領(lǐng)域,但隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,現(xiàn)在軍工和民用領(lǐng)域均有了較大拓展。（1） 軍工領(lǐng)域方面在軍工方面,以稀土金屬釹為主要添加元素的ZM6鑄造鎂合金已用于直升機(jī)減速機(jī)匣、殲擊機(jī)翼肋及30kW發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子引線壓板等重要零件。中航與有色金屬總公司聯(lián)合研制的稀土高強(qiáng)鎂合金B(yǎng)M25已代替部分中強(qiáng)鋁合金,在殲擊機(jī)上獲得應(yīng)用。（2） 民用開發(fā)方面民用開發(fā)方面，在交通工具上廣泛使用鎂合金,一直是材料科學(xué)家們努力的方向。而稀土鎂合金的應(yīng)用使產(chǎn)品的開發(fā)范圍大大拓寬。Drits等開發(fā)的一系列耐熱高強(qiáng)WE型鎂合金，因具有良好的力學(xué)性能已廣泛應(yīng)用于賽車及航空飛行器的變速箱殼體,并可在汽車發(fā)動機(jī)箱體、變速箱殼、舵桿件、氣缸蓋、支撐柱等部件中得到使用[20]。在石油化工中，由于鎂對燃料、礦物油和堿等具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，故所開發(fā)的阻燃耐蝕稀土鎂合金可用來制造、保存和運送這類液體的導(dǎo)管、箱體和貯罐由于稀土鎂合金具有較好的生物相容性和無毒性，故有望用作為人工骨接材料，代替現(xiàn)有金屬夾具，從而減少病人第二次取出夾具的手術(shù)，這又將開辟一個新的應(yīng)用天地。我國有豐富的稀土和鎂資源，是稀土和鎂資源儲備、生產(chǎn)、出口的第一大國。因此，研究開發(fā)稀土鎂合金在我國具有獨特優(yōu)勢,合理利用稀土資源，開發(fā)含稀土的高強(qiáng)、耐熱、耐蝕性能鎂合金，不但能進(jìn)一步增加鎂合金材料在汽車工業(yè)、通訊電子業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，也可促進(jìn)鎂合金材料在新領(lǐng)域中的進(jìn)一步開發(fā)和利用，也為稀土材料的應(yīng)用開辟出十分廣闊的領(lǐng)域。但我國在稀土新材料的開發(fā)應(yīng)用方面與日本、美國等發(fā)達(dá)國家相比還有相當(dāng)大差距。在變形鎂稀土合金方面的研究還很不足，稀土合金化作用的研究在國際上還不成熟,其作用機(jī)制也還存在爭論，輕稀土與重稀土元素產(chǎn)生交互作用、稀土與雜質(zhì)元素的交互作用，抑制元素的偏析、凈化與變質(zhì)作用,以及GP區(qū)的形成，沉淀硬化和析出強(qiáng)化等都有待進(jìn)一步深入研究。目前稀土元素仍是作為輔助元素，其加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于11%。進(jìn)一步開發(fā)使稀土成為主加元素，并研究稀土元素與鎂合金及其他元素(如Ca、Zn 等)之間的合金化機(jī)制，從而研制出最佳合金配比的特殊性能鎂合金。近年來,稀土合金的研究有了很大發(fā)展，世界各國紛紛制定有利于鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，稀土在鎂合金中的應(yīng)用開發(fā)條件逐漸成熟，隨著稀土鎂合金的優(yōu)良特性逐步為人們所接受，其應(yīng)用市場也將更廣闊[21]。 本論文的主要研究內(nèi)容本論文考察共榮處理對MgAlZn系合金顯微組織和耐腐蝕性能的影響，揭示不同固溶處理時間和固溶處理溫度對AZ91D鎂合金及含混合稀土（Ce，La）的AZ91D鎂合金的現(xiàn)為組織和耐腐蝕性能的影響規(guī)律。第二章 試驗方法及設(shè)備 實驗選用材料%（Ce，La）混合稀土的AZ91D鎂合金。 固溶處理實驗所使用的材料固溶處理實驗所使用的試樣時無規(guī)定尺寸的長方形試樣。10mm10mm左右大小的試樣。首先采用電動切割機(jī)切割，再用手鋸切割，之后用砂輪機(jī)打磨而成。 金相實驗選用的材料將做過固溶處理后的鎂合金與未經(jīng)任何處理的試樣進(jìn)行打磨，使其表面光滑，至可以進(jìn)行腐蝕照相即可。 耐腐蝕實驗所使用的材料將做過金相實驗的試樣選擇被腐蝕的面用800、1000號砂紙進(jìn)行打磨，使其被腐蝕面同樣光滑，標(biāo)記并保存，為下一步做處理做準(zhǔn)備。 X射線衍射實驗所使用的材料從未作任何處理的AZ91D鎂合金上用手鋸切下10mm20mm20mm試樣選擇20mm20mm面進(jìn)行打磨，選擇280、3400、600號砂紙進(jìn)行打磨，打磨完畢用無水乙醇沖洗干凈。保存，準(zhǔn)備觀察。 實驗方案(1)制備固溶處理實驗所用的試樣，AZ91D鎂合金48塊，AZ91鎂合金24塊進(jìn)行實驗，每種溫度及時間條件下選擇兩個試樣進(jìn)行實驗。由于AZ91鎂合金具有高溫易氧化的特性，其熔點是596℃，實驗所用設(shè)備無法完全隔絕空氣，且鎂合金材料都不是在高溫下工作。如果用高溫進(jìn)行實驗，將極易被氧化。所以我們選用的是較低溫度下進(jìn)行的實驗，本實驗所用試樣為20mm10mm10mm規(guī)格的鎂合金。表21 AZ91D及AZ91DRE鎂合金固溶處理方案400℃440℃480℃530℃540℃540℃550℃2小時空冷AAAA/BA/BA/BA/B2小時水冷AAA————4小時空冷AAAA/BA/BA/BA/B4小時水冷AAA————8小時空冷———A/BA/BA/BA/B注：表中A代表AZ91D合金；B代表AZ91D+%(Ce，La)合金固溶處理實驗注意事項：將第一步準(zhǔn)備好的試樣進(jìn)行固溶處理，由于鎂合金較活潑，在接近融化的溫度下極易與空氣反應(yīng)，所以應(yīng)放在玻璃管中加熱，再放鎂合金之前應(yīng)先將玻璃管放入電阻爐中預(yù)熱，可以盡量排盡空氣，再放入鎂合金時動作應(yīng)盡量迅速，并且隨鎂合金一起放入寫紙，由于固溶處理溫度較高，可以讓玻璃管中的紙張燃燒，反應(yīng)掉玻璃管中的氧氣，可以盡力保護(hù)鎂合金不被氧化。（2）將AZ91D、AZ91DRE鎂合金進(jìn)行金相觀察，觀察固溶處理前的試樣，與經(jīng)過不同時間處理的試樣的顯微組織進(jìn)行比較分析。AZ91D鎂合金可以用3%—4%硝酸酒精溶液進(jìn)行腐蝕，%(Ce，La)的AZ91D鎂合金則比較活潑，在拋光時應(yīng)注意進(jìn)行無水拋光，腐蝕劑的選擇也比較主要，應(yīng)用冰醋酸+水+酒精+硝酸制成的腐蝕劑進(jìn)行腐蝕，且腐蝕時間選擇120s160s為宜。（3）將一塊未作處理的AZ91D鎂合金試樣做X—RAY衍射實驗，分析其組成。（4）制備耐腐蝕實驗所用的試樣，進(jìn)行耐腐蝕試驗，觀察AZ91D及AZ91DRE固溶處理后的耐腐蝕性能，并與未進(jìn)行固溶處理的AZ91D及AZ91DRE鎂合金進(jìn)行比較分析。（5）對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納，處理。（6）對實驗結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析，得出結(jié)論。 實驗過程 固溶處理實驗的過程（1）切割。用手鋸把大塊的AZ91D、AZ91DRE鎂合金切成2立方厘米左右的試樣。（2）打磨。用砂輪機(jī)把切割好的試樣磨平，盡力使其成標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀，以能放入進(jìn)行固溶處理的玻璃管為宜。（3）加熱。每兩個試樣為一組，按表21處理方案進(jìn)行固溶處理。（4）收集。將處理好的試樣收集，進(jìn)行分類，做好標(biāo)記。 金相實驗的過程（1）打磨。用電動砂輪機(jī)把固溶處理好的試樣磨平。要盡量使觀察面水平。（2）研磨。砂紙編號應(yīng)選擇280、400、600、1000；保證每道砂紙經(jīng)過相互垂直的磨削方向。（3）拋光。固溶處理后的AZ91DRE使用細(xì)的拋光膏在呢子、絨布上拋光。由于鎂合金較軟且活性高,鎂合金表面易于與水反應(yīng)及氧化,因此在拋光過程中應(yīng)避免與水接觸。試樣使用大量無水乙醇清洗干凈并且在腐蝕前保存在無水乙醇中，拋光后的試樣應(yīng)盡可能光亮，且腐蝕后光學(xué)顯微鏡下觀察無劃痕。（4）腐蝕。腐蝕劑選用75mL無水乙醇+25mL蒸餾水+1mL冰醋酸+1mL硝酸，腐蝕120—160秒，待出現(xiàn)亮灰色用酒精清洗，電吹風(fēng)吹干。（5）觀察并照相。將腐蝕好的試樣放在金相顯微鏡下觀察，選擇無缺陷、有代表性且特征明顯的組織照相并保存。（1）研磨。砂紙編號應(yīng)選擇3400﹑800；保證每道砂紙經(jīng)過相互垂直的磨削方向。（2）捆線。在打孔機(jī)上鉆一個孔，并在孔上捆一根銅線。（3）涂漆。在試樣上涂上指甲油，留出5mm5mm的位置，后晾干鎂合金試樣。（4）腐蝕。首先，%的NaCl溶液。，攪拌均勻即可。然后，將極化曲線試樣的銅絲與工作電極連在一起，然后把試樣、輔助電極、參比電極一起放入NaCl溶液中。確保試樣的測試表面與輔助電極相對但不能接觸。最后，利用電化學(xué)測試系統(tǒng)軟件。開始測量并記錄。 實驗設(shè)備（1）固溶處理實驗設(shè)備：本實驗所采用的熱處理儀器為管式電阻爐,型號SK2110（如圖2—1）額定功率1KW,額定溫度1000℃,爐膛尺寸Φ40X600,質(zhì)量為35Kg。技術(shù)參數(shù)：溫度波動：177。3℃ 控溫精度：≤177。3℃ 電源電壓：220V/1Φ 主要特點：①加熱元件為電阻絲,最高使用溫度1200≤℃。②室溫升溫至最高使用溫度≤60min。③管徑從35100mm,加熱長度從3001000mm。④可制成多點控溫,溫度梯度按需要設(shè)定。⑤備有各種材料的工作管供選用,可以抽真空或通氣體保護(hù)。圖21 試驗用加熱設(shè)備管式電阻爐圖片（2）金相實驗設(shè)備：NiKonEPIPHOT300金相顯微鏡（如圖22 1XB光學(xué)顯微鏡。）光學(xué)系統(tǒng)為UIS2。觀察方法：明視場/暗視場/微分干涉/簡易偏振光。照明裝置：明暗視場搖桿切換。微調(diào)靈密度: 10X；UIS物鏡5X,10X,20X,50X,100X；放大倍數(shù)501000。外形尺寸：280（W）711（D）425（H）mm。重量:28kg.圖22 NiKonEPIPHOT300金相顯微鏡（3）極化曲線實驗設(shè)備：如圖23 LK9805電化學(xué)分析儀圖22 LK9805電化學(xué)分析儀第三章 固溶處理對MgAlZn系鎂合金顯微組織的影響 AZ91及AZ91RE合金的顯微組織特征分析通過XRD對AZ91RE分析，如圖31所示，我們可以確定AZ91D鎂合金主要由αMg基體和β（Mg17Al12）相組成。添加稀土Ce，La后，合金的XRD圖譜上除了αMg基體和β（Mg17Al12）相的峰，還出現(xiàn)了Ce相的峰。能譜分析3311可以看到灰白色的β（Mg17Al12）相分布在晶界上，晶界邊緣分布著(α+β)共晶相，針狀的Al4Ce相分布在晶內(nèi)，晶內(nèi)也存在著少量的針狀相。EDX能譜分析結(jié)合XRD分析證明灰白色相為Mg和Al元素組成的β（Mg17Al12）相，針狀相為A1和Ce,La稀土元素組成的Al4Ce相。由此可以推斷，加入一定量Ce，La后，合金的組織由αMg基體，β（Mg17Al12）相和少量的Al4Ce相組成。圖31含(，La)的AZ91RE鎂合金XRD掃描衍射儀分析圖圖32（a）所示為未經(jīng)固溶處理的AZ91D的顯微組織照片。由圖（a）可以看出，未固溶處理的AZ91鎂合金其晶界不清晰，晶界是呈網(wǎng)狀分布的，且是連續(xù)分布。AZ91D鎂合金其組織主要由αMg固溶體、淺白色的離異共晶β（Mg17Al12）相和黑灰色共晶α+β相組成；另外出現(xiàn)了MnAl偏析相,MnAl相呈黑色點狀,較多的分布于晶內(nèi)和晶界處,是Al和Mn形成的固溶體；β（Mg17Al12）相以不規(guī)則網(wǎng)狀分布于晶粒邊界處,也有少部分分布于α晶粒內(nèi)。鑄態(tài)AZ91RE鎂合金主要由αMg、離異β（Mg17Al12）相和共晶組織(αMg+βMg17Al12)組成[22],其中β相對AZ91RE鎂合金的性能影響已得到廣泛的研究[23],但人們對共晶組織中的共晶α相認(rèn)識非常有限,甚至經(jīng)常將共晶α相和先析α相混為一談。另外,在AZ91DRE鎂合金中通常含有一定量的Mn,通常以固溶體和金屬間化合物兩種形式存在。據(jù)報道[2425]MgAl系鎂合金中的AlMn金屬間化合物主要有Al6Mn、Al4Mn、AlMn、Al8Mn5四種,形狀主要有針狀、十字狀、花朵狀及顆粒狀,—30μm。但是有關(guān)AlMn金屬間化合物的報道主要集中在AM50/60鎂合金方面,對AZ91DRE中的AlMn金屬間化合物的報道非常有限。還有研究[2627]表明,AZ91DRE鎂合金經(jīng)固溶處理后有4種不同形態(tài)和位相關(guān)系的β相析出。圖32（b）可以看出，金屬型鑄態(tài)AZ91DRE鎂合金主要由初生αMg和晶界處網(wǎng)狀分布的β（Mg17Al12）相組成，合金的組織是由灰白色基體相和尺寸較大的、呈球團(tuán)狀或不連續(xù)網(wǎng)狀的灰色相所組成。根據(jù)MgAl合金相圖（圖33所示）可知，此類合金中主要存在αMg和β（Mg17Al12）兩種相。結(jié)合所作的XRD分析可知共晶組織中的β相即為為β（Mg17Al12）相。（a）（b） 圖 3—2 未經(jīng)處理的AZ91D及AZ91D+%(Ce,La)鎂合金的顯微組織圖上最好標(biāo)注上(a),(b)（a）AZ91D；（b）AZ91D+%(Ce,La)